小菜學網路 物理層概述

2022-03-24 07:13:59 字數 1772 閱讀 5827

假設,計算機網路現在還沒有被發明出來,作為計算機科學家的你,想在兩台主機間傳輸資料,該怎麼辦?

這時,你可能會想到,用一根電纜將兩台主機連線起來:

物理課大家都學過,電壓可以分為低電平高電平。因此,我們可以通過控制電平高低,來達到傳輸資訊的目的: 主機①控制電纜電平的高低, 主機②檢測電平的高低,主機間資料傳輸便實現了!

用數學語言進一步抽象:以低電平表示0,高電平表示1。這樣就得到乙個理想化的通道:

通過通道,雙方可以傳輸由01組成的位元流,上圖中傳輸的位元流是1111001011...(從右往左看)。位元流可以編碼任意資訊,例如:用1111告訴對方本地開機了,用0000告訴對方本地準備關機了。

至此,我們是否得到乙個可靠的位元流通道,萬事具備了呢? ——理論上是這樣的,但現實世界往往要比理想化的模型更複雜一些。

通道是無窮無盡的,狀態要麼為0,要麼為1,沒有一種表示空閒的特殊狀態:

舉個例子,主機①向主機②傳送位元序列101101001101,如下圖(從右往左讀)。最後乙個位元是1,對應的電平是高電平。傳送完畢後,主機①停止控制電纜電平,所以仍保持著高電平狀態:

換句話講,通道看起來仍按照既定節拍,源源不斷地傳送位元1(灰色部分), 主機②如何檢測位元流結尾呢?

我們可以定義一些特殊的位元序列,用於標識開頭和結尾。例如,101010表示開頭,010101表示結尾:

主機①首先傳送101010(綠色),告訴主機②,它開始發資料了;

主機①接著傳送資料01101011(黑色部分);

主機①最後傳送010101(紅色),告訴主機②,資料傳送完畢;

注意到,平時通道為1(灰色),也就是代表空閒狀態。

如果兩台伺服器同時向通道傳送資料,會發生什麼事情呢?

一邊發0,一邊發1,那通道到底應該是0還是1呢? 肯定衝突了嘛!有什麼辦法可以解決衝突嗎?

方案①,引入一根新電纜,組成雙電纜結構,每根電纜只負責乙個方向的傳輸。這樣一來,兩個方向的傳輸保持獨立,互不干擾,可以同時進行。這樣的傳輸模式在通訊領域稱為全雙工模式

方案②,在硬體層面實現一種仲裁機制:當檢測到多台主機同時傳輸資料時,及時叫停,並協商哪一方先發。這樣一來,通道同樣支援雙向通訊,但不可同時進行。這種傳輸模式則稱為半雙工模式

除了電訊號,還有其他物理訊號亦可充當通訊介質。那麼,常見的物理介質都有哪些呢?

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